[发明专利]利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的方法、装置和应用

权利要求书

1.一种利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a. 将待改性碳纳米材料放入反应腔；

b. 采用溶剂瓶作为鼓泡装置，将臭氧/氧混合气体通过装有溶剂的溶剂瓶，使臭氧/氧混合气体进行溶剂鼓泡，溶剂瓶中的溶剂能够辅助臭氧分解为活性氧物种，且不会和臭氧发生剧烈反应,通过对不同的溶剂的选择来调控臭氧不同程度的分解；

c. 将在所述步骤b中经过溶剂鼓泡后的臭氧/氧混合气体连续通过放置在所述步骤a中反应腔的待改性碳纳米材料中，对碳纳米材料进行氧化处理改性，碳纳米材料的氧化处理时间不超过6小时，通过反应腔的待改性碳纳米材料的臭氧/氧混合气的流速是对每1克碳纳米管为0.2-0.5升/分钟。

2.根据权利要求1所述利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的方法，其特征在于：在所述步骤b中的鼓泡装置的起泡温度和在所述步骤c中的反应腔中的反应温度皆低于50℃。

3.根据权利要求2所述利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的方法，其特征在于：在所述步骤b中的鼓泡装置的起泡温度和在所述步骤c中的反应腔中的反应温度皆为15-30℃。

4.根据权利要求1～3中任一项所述利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的方法，其特征在于：在所述步骤b中，所述溶剂为水、双氧水、氧化性酸和次氯酸钠溶液中的一种或任意几种的混合物。

5.根据权利要求4所述利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的方法，其特征在于：在所述步骤b中，所述溶剂为质量浓度为5%的次氯酸钠溶液。

6.根据权利要求1～3中任一项所述利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的方法，其特征在于：在所述步骤c中，碳纳米材料的氧化处理时间为4-6小时。

7.根据权利要求1～3中任一项所述利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的方法，其特征在于：在所述步骤c中，通过反应腔的待改性碳纳米材料的臭氧/氧混合气的流速是对每1克碳纳米管为0.25升/分钟。

8.根据权利要求1～3中任一项所述利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的方法，其特征在于：在所述步骤b中，所述溶剂瓶中溶剂体积是对每1克碳纳米材料为20-50ml。

9.根据权利要求8所述利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的方法，其特征在于：在所述步骤b中，所述溶剂瓶中溶剂体积是对每1克碳纳米材料为30ml。

10.一种利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的装置，主要包括反应腔装置，其特征在于：在反应腔装置之前设置鼓泡装置，在反应腔装置之后设置尾气处理装置，所述鼓泡装置采用密封的溶剂瓶（103），所述溶剂瓶（103）的瓶塞上固定设置进气管（101）和出气管（102），所述溶剂瓶（103）内放入溶剂，所述进气管（101）的一端到达所述溶剂瓶（103）内溶剂的液面之下，所述进气管（101）的另一端与反应气体的供气管连通，所述反应腔装置（301）采用立式的“U”形反应管，所述“U”形反应管的“U”形内腔形成反应腔，在所述反应腔内装载待改性碳纳米材料，在“U”形反应管一端靠近出气口位置固定设置多孔隔板（302），所述多孔隔板（302）能防止碳材料粉体透过并能保证气体充分透过，从所述多孔隔板（302）透过排除的反应尾气通过导气管进入所述尾气处理装置进行处理后进行收集或达标排放，所述鼓泡装置的出气管（102）和所述反应腔装置（301）的“U”形反应管另一端之间通过连接管（201）连通，所述进气管（101）、所述出气管（102）、所述连接管（201）和所述“U”形反应管均由不与反应气体发生反应的材料制成，将材料改性所需的反应气体经由所述进气管（101）通入所述溶剂瓶（103），使反应气体与溶剂相互作用下进行溶剂鼓泡并发生分解，在所述溶剂瓶（103）中进行反应后的产物气体依次经过所述出气管（102）和所述连接管（201）进入“U”形反应管中，与待处理的碳纳米材料发生反应，实现对碳纳米材料的羧基化改性。

11.根据权利要求10所述利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的装置，其特征在于：所述连接管（201）的长度为40-80cm。

12.根据权利要求10或11所述利用臭氧对碳纳米材料进行羧基化改性的装置，其特征在于：所述进气管（101）、所述出气管（102）和所述连接管（201）的内径皆为4-7mm。